Die enorme Steigerung der Leistungsfähigkeit von Datenverarbeitungsanlagen beruht im wesentlichen auf der Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Integrationsdichte in den Schalt- und Speicherwerken. Diese Verbesserungen basieren heute ausschließlich auf den Fortschritten der Halbleitertechnik.
Die Anforderungen der Datenverarbeitung und die Möglichkeiten der Halbleitertechnik stehen daher in enger Wechselwirkung. Die Geschwindigkeit der Schaltkreise und Speicher hat sich im Laufe der vergangenen Jahre um ein Vielfaches erhöht und erreicht heute einen Faktor von 1000. Die Leistungsfähigkeit der Datenverarbeitungsanlagen, gemessen in Operationen pro Sekunde, hat sich in gleichem Maße erhöht.
Daneben konnte auch die Packungsdichte also die Anzahl der Verknüpfungselemente oder Speicherbits pro Volumeneinheit, in den letzten 20 Jahren nahezu um den Faktor 1000 gesteigert werden. Gleichzeitig ist die Anzahl der durchschnittlich in den Rechnern eingebauten Verknüpfungselemente und Speicherbits etwa gleich schnell gestiegen, so daß neben der Geschwindigkeitssteigerung ein enormer Zuwachs an Funktionen, Sicherheit und Komfort zu verzeichnen ist. Durch die dabei erarbeiteten Technologien wurden gleichzeitig alle Voraussetzungen für die Herstellung von Mikroprozessoren geschaffen, die in kurzer Zeit viele neuartige Anwendungsgebiete eroberten und noch erobern werden (im Haushalt, im Auto etc.), die aber wiederum heute überall dort in Datenverarbeitungsanlagen zu finden sind, wo ihre Leistungsfähigkeit ausreichend ist und Kostenvorteile zu erwarten sind.
40 000 auf einem Chip
Die Entwicklungsarbeiten führten vom ersten Punktkontakt-Transistor & über SSI- und MSI-Bausteine zu LSI-Bausteinen mit vielen hundert Gatterfunktionen auf einem Chip und Schaltzeiten im Subnanosekundenbereich. Sie gingen ferner von den Kernspeichern über MOS-Speicherbausteine bis zur Entwicklung solcher Bausteine, bei denen die gesamte Kapazität auf nur noch einigen zehn Quadratmillimetern untergebracht ist. Zum Vergleich: Noch vor etwa 15 Jahren füllte ein vergleichbarer Kernspeicher einen ganzen Schrank.
Rund 40 000 Transistoren können heute auf dem Siliziumplättchen einer Halbleiterschaltung untergebracht werden, 100 000 oder gar eine Million sollen es in wenigen Jahren sein. Doch die Chips werden nicht nur größer, sondern auch mit immer feineren Strukturen versehen. Von den erreichten Rechenschnelligkeit profitiert auch die EDV.
Hochintegrierte Logikbausteine, die in großen Stückzahlen und daher billig hergestellt werden sollen, bedürfen einer Anpassung an den speziellen Einsatzfall. Außer individueller Verdrahtung von Standard-Logikzellen als letzten Schritt der Bausteine-Herstellung kommt hierfür insbesondere auch die Anpassung durch ein Programm in Frage. Dieser Weg wird bei Mikroprozessoren beschritten. Inzwischen haben sie in den unterschiedlichsten Geräten und Einrichtungen Eingang gefunden.
Mikroprozessoren sind hochintegrierte Bausteine der Elektronik, die einen abgeschlossenen Logikkomplex, das heißt einen vollständigen Rechnerkern, enthalten. Mikrocomputer dagegen enthalten neben dem Mikroprozessor noch Speicherbausteine zur Aufnahme des Programms und der Daten sowie Anpassungsbausteine zum Verkehr mit der Außenwelt.
Mikros dringen ins Zentrum vor
Ein allgemeines Daten- und Informationssystem ist hierarchisch aufgebaut: Im Kern befindet sich der Zentralprozessor, auf der mittleren Ebene liegen weitere Prozessoren, die Steuerungen der Ein-/Ausgabegeräte sowie die Knoten des Datenverarbeitungsnetzes, während in der Peripherie die Ein-/Ausgabegeräte selbst, darunter insbesondere die Datenstationen, angeordnet sind. Mehr und mehr dringen nun Mikroprozessoren in diesem System vom Rande her ins Zentrum vor.
Als erstes wurden die Datenstationen, die "Terminals", durch den Einbau von Mikroprozessoren "intelligent". Mikroprozessoren erleichtern dort die Datenerfassung, indem sie den Benutzer durch ein Formular, das auf dem Bildschirm steht, führen und die eingegebenen Daten auch gleich auf Plausibilität prüfen. Sie übernehmen Datenaufbereitungsfunktionen wie das Einfügen, Umordnen oder Löschen von Zeilen oder das Suchen und ersetzen von Zeichen - sie können also einen Teil der Verarbeitung lokal abwickeln und nur überprüfte Daten weiterleiten.
Auf der äußeren Ebene liegen weiterhin die Ein-/Ausgabegeräte im Rechenzentrum: Drucker, bei denen Mikroprozessoren für die Koordinierung aller technischen Abläufe sowie die Zusammenstellung der zu druckenden Seite sorgen.
Für schnelle Aufgaben nur bedingt tauglich
Auf der mittleren Ebene von Daten- und Informationssystemen liegen die Steuerungen der Ein-/Ausgabegeräte einschließlich Magnetplatten, Magnetband-Geräten oder Floppy Disks. Sie haben zwei Aufgaben: Einerseits wird von ihnen der entsprechende Ein-/Ausgabevorgang angestoßen, andererseits nach der Bereitmeldung des Geräts die Datenübertragung zum oder vom Arbeitsspeicher der Anlage abgewickelt. Für die erste Aufgabe sind Mikroprozessoren von ihrer Leistung her in jedem Fall geeignet, für die zweite nur bei Geräten mit mäßiger Datenübertragungsrate, also bei den eigentlichen Ein-/Ausgabegeräten wie Tastaturen, Lochkartengeräten oder Druckern.
Weiterhin liegt auf der mittleren Ebene der Service-Processor, ein Mikroprozessor, der die Schnittstelle zur Bedienung und Wartung der Anlage darstellt.
Schließlich enthält diese Ebene die Knoten des Datenfernverarbeitungsnetzes, die ebenfalls mit Mikroprozessoren bestückt sind: den Datenübertragungs-Vorrechner als unmittelbaren Anschluß an die zentrale Anlage sowie eine Reihe von Netzknotenrechnern, die den Verkehr innerhalb des Netzes - unter anderem auch zu anderen Datenverarbeitungsanlagen - und zu den Terminals vermitteln; diese Knoten führen ausschließlich Datenübertragungsaufgaben durch. Weitere Knoten, die sogenannten Datenstationsrechner, übernehmen zusätzlich auch Datenverarbeitungsaufgaben; in ihnen können die von den Datenstationen gelieferten Daten vorverarbeitet und verdichtet werden, so daß an die zentrale Anlage nur noch die wesentlichen Daten übertragen werden müssen. Sie fassen beispielsweise die von den einzelnen Kassenterminals eines Supermarktes gelieferten Daten zum Berechnen des Tagesumsatzes zusammen und übertragen diese Werte an die Zentrale.
Quelle: EDP Deutschland Report Band 4 Nr. 5 vom 17. März. Veröffentlicht durch IDC Deutschland GmbH, Herzogstraße 60, 8000 München 40.